Животные уменьшаются в размерах – кто в этом виноват

Многие птицы, млекопитающие и рыбы уменьшаются в размерах по мере повышения температуры. Изменение климата ведет к их гибели. Эта история является частью инициативы Vox Down to Earth по репортажам о науке, политике и экономике кризиса биоразнообразия. Рассказываем о том, что нам известно, в статье.

 

Одним осенним утром 1978 года Дэвид Уиллард, орнитолог из Филдского музея в Чикаго, отправился в соседний конференц-центр McCormick Place – громадную постройку на берегу озера Мичиган – в поисках мертвых птиц. Он получил информацию о том, что птицы массово врезались во многие окна здания, когда собирались улетать на юг.

В то утро он нашел несколько умерших птиц на бетоне. И, как поступил бы любой хороший ученый, он принес их обратно в музей, чтобы измерить их и сохранить крылатых существ в коллекции музея. В нем проснулось любопытство, и на следующее утро он вернулся на Маккормик-плейс. Он нашел еще нескольких птиц и тоже принес их в музей.

Четыре десятилетия спустя Уиллард при поддержке других ученых и волонтеров помог собрать более 100 000 птиц в результате их гибели в Чикаго. Сейчас они составляют 20% орнитологической коллекции музея.

 

Хотя гибель этих птицы представляет собой определенную угрозу для людей, они также помогли раскрыть захватывающую информацию о том, как меняется дикая природа. Один особенно поразительный вывод из коллекции заключается в том, что эти птицы уменьшаются в размерах – и, согласно анализу измерений Уилларда за 2019 год, причиной этого, вероятно, является повышение температуры.

Все больше исследований показывают, что глобальное потепление влияет на размеры тела всех видов существ, от хладнокровных лягушек до теплокровных млекопитающих. 

Дикие животные уже сталкиваются с широким спектром угроз. Если они уменьшатся, как предсказывают исследователи, – это может поспособствовать исчезновению некоторых видов и серьезно повлиять на экосистемы, на которые полагаются люди.

 

Связь между размером тела и температурой

Мы уже знаем, что изменение климата влияет на дикую природу по-разному, от изменения ареала одних видов до изменения цвета других. Но было удивительно узнать об изменениях в такой фундаментальной вещи, как размер тела.

В экологии принцип, называемый правилом Бергмана, предполагает, что особи из популяции теплокровных животных, таких как птицы или млекопитающие, будут крупнее в более прохладном климате и меньше в более теплом. В какой-то степени это имеет смысл: более крупным особям легче сохранять тепло, когда холодно, а более мелким животным легче остывать, когда жарко. Это связано с соотношением размера тела животного к его площади поверхности. По той же причине большой кубик льда тает относительно медленнее, чем маленький.

Идея о том, что уменьшение размеров тела связано с потеплением, также подтверждается свидетельствами окаменелостей. Во время крупнейшего потепления в раннем эоцене, около 56 миллионов лет назад, когда температура повысилась на 5-8 градусов по Цельсию за 10 000 лет, многие животные стали меньше, включая млекопитающих (о чем ученые узнали, измерив окаменелые зубы). Другое событие потепления в прошлом, названное Эоценовым термическим максимумом 2, в результате которого температура повысилась на 3 градуса, также было связано с уменьшением размеров животных.

 

Ученые обращаются к этим периодам потепления, чтобы понять, как может выглядеть будущее. Если текущее потепление продолжится, то, возможно, что к 2040 году планета станет на полтора градуса теплее по сравнению с доиндустриальными уровнями. 

С другой стороны, природа сложна и имеет тенденцию удивлять даже самые блестящие умы. Многие животные становятся меньше, но это не универсальная тенденция.

В 2019 году, когда ученые исследовали более 70 000 экземпляров птиц из коллекции Полевого музея, они обнаружили, что количество особей 52 видов птиц сократилось в среднем на 2,6% в период с 1978 по 2016 год. Часть птичьих ног, известная как предплюсна, также стала меньше среднего размера.

Еще два года назад мы понятия не имели, что 52 наиболее распространенных, хорошо известных вида североамериканских птиц уменьшились за последние 40 лет», – сказал Брайан Уикс, ведущий автор исследования и доцент кафедры экологии и эволюции в Мичиганском университете. Этот факт имеет большое значение для того, что произойдет в будущем.

 

Другие исследования птиц, оленей, грызунов, насекомых и рыб показывают аналогичные закономерности. Например, исследование, проведенное в 2017 году, показало, что размер тела маленькой серебряной рыбки менхаден, которая широко используется в качестве корма для животных и наживки, за последние 65 лет уменьшился в среднем на 15%, скорее всего, из-за потепления. По мере того, как атмосфера и океаны Земли продолжают нагреваться, в будущем менхаден, похоже, будет еще меньше. 

Что интересно, рыбы и другие так называемые эктотермы не выделяют собственного тепла, поэтому маленький размер тела не помогает им сохранять прохладу. Вместо этого они могут уменьшиться в ответ на потепление по другим причинам. Высокие температуры, например, ускоряют фазы развития лягушек, от яйца до головастика и т. д., но их скорость роста отстает. В результате, достигая взрослого возвраста, они становятся меньше.

 

Но хотя есть множество примеров, которые соответствуют этой тенденции, есть также много исключений, и многого мы еще не знаем.

Если бы правило Бергмана было действительно универсальным, можно было бы ожидать, что особи популяции вида будут меньше в более теплых частях своего ареала. Скажем так, более мелкие белые медведи будут жить южнее. Но анализ более 950 видов птиц и млекопитающих, проведенный в 2017 году, показал, что большинство видов имеют одинаковые размеры независимо от температуры окружающей среды.

Есть даже свидетельства того, что некоторые животные становятся крупнее. Не совсем понятно, как это происходит, но одно из объяснений состоит в том, что потепление сдерживает зиму и удлиняет вегетационный период, позволяя животным, поедающим растения, набирать массу. 

Дело в том, что природные системы действительно сложны. Даже если теория и лабораторные исследования предполагают, что животные постоянно уменьшаются в размерах при потеплении, точный результат изменения климата на самом деле более беспорядочный. Почти всегда одни становятся меньше, а другие нет. С изменением климата одновременно меняется и множество других факторов.

 

Также остаются без ответа вопросы о том, как именно сокращаются животные. Главный вопрос заключается в том, являются ли изменения размеров тела результатом естественного отбора – то есть они передаются от одного поколения к другому или происходят в течение жизни одного животного, что исследователи называют «пластическими» изменениями.

Помимо этих деталей, исследователи уверены, что глобальное потепление повлияет на размер животных и сделает многих из них меньше. Но разве это проблема?

Вы можете возразить, что Земля появилась раньше, чем животные. Она пережила большие периоды потепления, и многие животные смогли адаптироваться к резким изменениям. В конце концов, птицы произошли от динозавров миллионы лет назад, а сегодня их насчитывается от 10 000 до 18 000 видов. Но опять же, сегодня нет ничего похожего на эоцен. Мы нагреваем планету с беспрецедентной скоростью: примерно в 10 раз быстрее, чем в среднем после исторических ледниковых периодов, – а это означает, что у большинства животных мало времени на адаптацию.

Для многих видов меньший размер означает меньшее количество потомства. Тот факт, что они меньше, имеет значение для их будущего воспроизводства, что, в свою очередь, влияет на размер популяции. Это одна из причин, почему люди так усердно заботятся о размерах тела.

 

Для некоторых эктотермов, в том числе земноводных, маленький размер также увеличивает вероятность высыхания во время засухи. Размер тела имеет значение для видов, которые развили специализированные типы телосложения для длительных миграций. Интересно, что исследование перелетных птиц 2019 года показало, что их крылья на самом деле становятся длиннее, что, вероятно, компенсирует их меньший размер тела.

Но, возможно, больше беспокоит то, что потепление по-разному изменит размеры тела у разных видов, и это может испортить отношения между животными. Например, если хищник уменьшается медленнее, чем его добыча, ему может потребоваться больше добычи, чтобы набить желудок в теплеющем мире.

Все равно будут последствия, такие как более высокий риск исчезновения некоторых видов, но вы, скорее всего, просто получите миниатюрную экосистему, которая все еще функционирует, потому что все элементы все еще пропорциональны друг другу. 

Споры о роли потепления в уменьшении размеров животных продолжаются. Тем временем Дэвид Уиллард, ныне заслуженный менеджер по коллекциям Полевого музея, все еще проводит часть своего времени в поисках птиц. По его словам, в последнее время собирать было особо нечего, потому что яркий свет в конференц-центре, который может привлекать и дезориентировать птиц, был выключен в течение всей пандемии. Это одна хорошая новость, которая появилась в результате его исследования: можно спасти жизни птиц, просто выключив свет.